摘要:本文主要分析110kV變電站中變壓器繼電保護(hù)中的薄弱環(huán)節(jié)，變壓器作為變電站的主要設(shè)備，與之配合的保護(hù)非常重要。并探討繼電保護(hù)和二次部分的不足之處并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

　　關(guān)鍵詞:110kV變電站變壓器保護(hù)故障問題解決措施

　　1前言：

　　近年來,系統(tǒng)電網(wǎng)中多次發(fā)生變電站全停和主變壓器燒毀事故,特別是110kV變電站,其安全可靠性存在著較大的問題。根據(jù)對這些變電站進(jìn)行了解剖分析，這些110kV變電站的特點是所處的地位都比較重要;都是幾經(jīng)增容改造而成,存在運(yùn)行時間長、設(shè)備老化問題;它們的接線方式和主要設(shè)備類型具有代表性;而且從歷史上看,它們都發(fā)生過全站停電或變壓器損壞事故,所以它們能反映該地區(qū)110kV變電站的現(xiàn)狀。通過剖析這幾個變電站得出的結(jié)論以及改進(jìn)措施可以推廣到全地區(qū)。

　　分析和統(tǒng)計資料表明,電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式對變電站可靠性有著至關(guān)重要的影響。全停事故中有的是系統(tǒng)電源部分故障引起的。例如某變電站兩條110kV進(jìn)線雖來自不同的變電站,但兩條線雙T接并經(jīng)同桿并架進(jìn)入110kV另一變電站,使其電源可靠性大為降低,終因同桿的兩條T接線異名相短路導(dǎo)致該110kV站全停。故對于重要的110kV變電站的供電電源應(yīng)盡可能實現(xiàn)相對獨立、互不影響的雙電源,運(yùn)行方式上可采取一供一備方式,并完善備用電源自投設(shè)施。

　　另外,從變壓器故障情況來看,10kV出口故障動穩(wěn)定不能滿足要求是主要原因之一。通過對故障變電站分析表明以動穩(wěn)定不滿足要求導(dǎo)致變壓器損壞是情況居多,其中尤以阻抗僅為10%左右的雙卷變壓器為最嚴(yán)重。可見,一方面應(yīng)重視10kV側(cè)短路容量問題,針對設(shè)備性能應(yīng)定期進(jìn)行校驗,對10kV短路容量較大的變壓器宜采用分列運(yùn)行方式,或者考慮采用串聯(lián)限流電抗器的措施，推廣實施變電站出口兩公里的10kV架空線路絕緣化改造等反措手段。

　　另一方面在設(shè)備選型上應(yīng)強(qiáng)調(diào)制造質(zhì)量:選用那些通過短路沖擊試驗并有較好運(yùn)行業(yè)績的變壓器;應(yīng)注意參數(shù)選擇:必要時,可適當(dāng)提高雙卷變壓器的短路阻抗值(40MVA雙卷變選13%～14%、50MVA雙卷變選16%～17%),從而提高其抗沖擊能力。

　　2關(guān)于變壓器的后備保護(hù)的具體措施

　　總結(jié)變壓器事故,可以看出幾個具有普遍性的問題:

　　①如前言中所述,變壓器由于其低壓側(cè)近區(qū)短路,受到大電流的多次沖擊,因動穩(wěn)定破壞而導(dǎo)致變壓器燒毀的情況居多,而由于低壓側(cè)短路持續(xù)時間太長導(dǎo)致變壓器內(nèi)部故障的情況也不乏其例。可以說大部分變壓器耐受瞬間沖擊電流的能力較差,耐受較長時間大電流的能力也很有限,為了防止這種情況,從繼電保護(hù)的角度應(yīng)盡快地切除低壓側(cè)母線的故障;

　　②變壓器10kV側(cè)保護(hù)比較薄弱,10kV母線故障主要依靠主變10kV側(cè)過流保護(hù)以長延時切除,使變壓器受到長時間大電流沖擊;一旦10kV側(cè)過流保護(hù)拒動或者斷路器失靈,將依靠其高壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)動作于高壓側(cè)斷路器,但遺憾的是高壓側(cè)過流對于低壓側(cè)故障靈敏度不足的情況并不少見,斷路器分?jǐn)嗍�敗的情況也時有發(fā)生,以至出現(xiàn)低壓側(cè)故障無法切除的嚴(yán)重局面。簡言之,低壓側(cè)缺少雙重化的保護(hù)和缺少斷路器失靈措施的情況比較普遍,應(yīng)加強(qiáng)之。

　　③10kV出線間隔的故障雖屬于出線故障,但因配電裝置內(nèi)部電氣距離太近以及現(xiàn)有配電設(shè)備的質(zhì)量欠佳,立即發(fā)展為母線故障之幾率非常高,甚至燒毀臨近的若干間隔形成所謂“聯(lián)燒”的嚴(yán)重后果。例如110kV站因一個出線間隔因鼠害造成的A相接地并瞬間發(fā)展成三相短路,而在該出線速斷保護(hù)正確動作跳閘的同時已發(fā)展為相臨出線間隔的故障以及母線短路,隨后又因變壓器保護(hù)失去直流電源而擴(kuò)大為全站停電事故。所以10kV母線以及送出線近區(qū)的故障均應(yīng)補(bǔ)充快速切除的措施。

　　針對上述問題,變壓器后備保護(hù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況加以完善,具體措施如下所述。

　　2.1復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)

　　任何電力設(shè)備和線路在運(yùn)行中,必須在任何時候由兩套完全獨立的繼電保護(hù)裝置分別控制兩臺完全獨立的斷路器實現(xiàn)保護(hù)。從而當(dāng)任一套保護(hù)裝置或任一臺斷路器拒絕動作時,能夠由另一套保護(hù)或另一臺斷路器動作完全可靠地斷開故障。根據(jù)這個原則,凡變壓器高壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖過流對低壓母線靈敏度不足者,應(yīng)在低壓側(cè)增加一套過流保護(hù),兩套保護(hù)交、直流相對獨立,以防止原低壓側(cè)過流保護(hù)拒動時變壓器失去保護(hù);低壓側(cè)過流保護(hù)應(yīng)增加一個時間段去跳總出口,即先跳低壓側(cè)、后跳高壓側(cè),以作為防止低壓側(cè)斷路器失靈的措施;另外,為了提高高壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖對于低壓側(cè)短路的靈敏度,高壓側(cè)的復(fù)合電壓閉鎖應(yīng)與低壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖并聯(lián)構(gòu)成“或門”使用。

　　2.2變壓器接地后備保護(hù)

　　鑒于放電間隙過流保護(hù)(以下簡稱“間隙保護(hù)”)在110kV系統(tǒng)運(yùn)行情況不夠理想,系統(tǒng)發(fā)生接地故障該保護(hù)搶先動作、使不接地變壓器越級跳閘的情況時有發(fā)生,為了避免這種現(xiàn)象而給間隙保護(hù)適當(dāng)增加了延時,留出了相應(yīng)保護(hù)切除接地故障的時間,有效地解決了不接地變壓器間隙保護(hù)搶先動作的問題。這種措施是合理的,但同時也應(yīng)看到,從防止變壓器過電壓的角度而言,間隙保護(hù)已從第一位退居第二位,3U0零序過電壓保護(hù)上升為第一位的保護(hù)。為此,對于新建的110kV變電站110kV母線三相電壓互感器不宜省掉,宜配置完善的中性點零序過流保護(hù)、零序過電壓保護(hù)和間隙保護(hù),以增加運(yùn)行方式的靈活性和接地保護(hù)的可靠性。

　　2.3重視CT位置的合理性

　　變壓器差動CT在10kV側(cè)理想的位置是緊靠斷路器且位于母線側(cè),置10kV斷路器于差動區(qū)內(nèi)的好處在于當(dāng)10kV斷路器分?jǐn)嗍�敗起弧時可立即由差動保護(hù)切除故障。考慮10kV配電裝置安裝的具體情況,如該CT裝于母線側(cè)有所不便,至少也應(yīng)保證緊靠斷路器。相間過流CT則應(yīng)盡量靠近變壓器,盡量使套管、引線進(jìn)入其保護(hù)范圍,宜優(yōu)先采用變壓器套管CT。

　　2.4防止直流電源消失的措施

　　變壓器所有保護(hù)共用一個直流電源時,當(dāng)?shù)蛪簜?cè)故障伴隨直流電源消失的情況下,往往導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

　　為避免上述情況的發(fā)生,除按照“反措要點”的要求提高直流電源的可靠性之外,保證用于同一保護(hù)對象的兩套保護(hù)具有相對獨立的直流電源是十分必要的。

　　3關(guān)于快速切除低壓側(cè)近區(qū)故障的問題

　　統(tǒng)計資料表明,變壓器低壓側(cè)(10kV側(cè))母線短路或出線近區(qū)短路未能快速切除時均對變壓器構(gòu)成威脅,往往誘發(fā)較嚴(yán)重的設(shè)備事故。應(yīng)采取措施加速切除這類故障。

　　3.1變壓器低壓側(cè)加設(shè)限時電流速斷保護(hù)

　　當(dāng)高壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖過流對低壓母線靈敏度不足時,低壓側(cè)須增加一套過流保護(hù)。將新增保護(hù)設(shè)置為“限時速斷”保護(hù),與低壓出線速斷配合,第一時限跳本側(cè),第二時限跳總出口。原過流保護(hù)則與出線過流配合,第一時限跳本側(cè),第二時限跳總出口;

　　當(dāng)高壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖過流對低壓母線有足夠靈敏度時,原低壓側(cè)過流設(shè)置為兩段式:第一段為限時速斷,與出線速斷配合,作用于跳本側(cè);第二段為過電流,與出線過流配合,第一時限跳本側(cè),第二時限跳總出口。增加了限時速斷之后,一旦出現(xiàn)低壓母線故障的情況,或者送出線近區(qū)故障而其速斷保護(hù)拒動或其斷路器分?jǐn)嗍�敗的情況,新增的限時速斷將以1至2個級差的短延時迅速跳開變壓器,化險為夷。當(dāng)然,與過去的配合關(guān)系相比犧牲了出線速斷保護(hù)拒動情況下的選擇性,卻換取了變壓器及整個配電系統(tǒng)安全性的提高,還是值得的。

　　3.2低壓母線增設(shè)母線保護(hù)

　　符合下列情況之一者,可以考慮在低壓母線增設(shè)母線保護(hù),從而進(jìn)一步縮短低壓母線故障的切除時間。

　　①220kV變壓器的低壓母線;

　　②低壓母線短路容量較大者;

　　③變壓器對低壓側(cè)短路耐受能力較差者;

　　④變壓器低壓側(cè)的限時速斷保護(hù)對本母線靈敏度不足者。

　　作者認(rèn)為,第2.1項措施是應(yīng)普遍執(zhí)行的,而第2.2項措施可視具體情況而定。加設(shè)什么型號的母線保護(hù)也應(yīng)根據(jù)本站具體情況:已經(jīng)具有母差CT的低壓母線可選用普通的母線差動保護(hù)。

　　3.3盡快縮短保護(hù)級差

　　縮短保護(hù)配合的時間級差對加快后備保護(hù)的切除時間效果是顯著的。新建工程多選用微機(jī)保護(hù),具備條件,只須盡快將與變壓器后備保護(hù)有配合關(guān)系的普通時間元件更換為高精度時間元件即可將時間級差從原來的0.5s縮至0.3s。全網(wǎng)的保護(hù)級差若能在原來的基礎(chǔ)上縮短至60%,對于縮短故障電流持續(xù)時間、提高設(shè)備和系統(tǒng)的安全性,意義也是很大的。

　　4其它相關(guān)措施

　　4.1完善備用電源自動投入裝置

　　當(dāng)110kV變壓器分列運(yùn)行時,備用電源自動投入裝置(簡稱“備自投”)是提高供電可靠性的重要措施,應(yīng)認(rèn)真考慮備投條件,力求其完善、合理。為了提高備投成功率及防止多次沖擊變壓器,可考慮不允許其投于故障。即對于線路備投(包括兩條進(jìn)線一供一備方式和兩線分列運(yùn)行由分段開關(guān)或橋開關(guān)互投方式)僅在線路故障或失壓時動作,而受端母線或變壓器故障時不動作;站內(nèi)的變壓器備投(包括兩臺變壓器一臺工作一臺備用的備投方式以及兩臺變分列運(yùn)行的互投方式)則僅在變壓器故障或失壓時動作,而在變壓器低壓側(cè)母線及出線故障時不動作。這一點,通過增加“電流閉鎖”或“電流方向閉鎖”是容易實現(xiàn)的。該措施雖失去了當(dāng)下級設(shè)備發(fā)生瞬時性故障時備投成功的可能性,卻使系統(tǒng)和變壓器設(shè)備更趨安全。

　　另外,變壓器高、低壓兩側(cè)均分列運(yùn)行,裝設(shè)高、低壓兩級備投時,應(yīng)注意先高壓、后低壓的動作順序,以保證兩級備投的協(xié)調(diào)工作。

　　4.2配置故障錄波器

　　鑒于變壓器耐受沖擊及承受穿越電流的能力較差,多次造成損壞,事故的分析往往因無任何實際的錄波和記錄而難以進(jìn)行,建議110kV變電站應(yīng)按其重要程度逐步配置故障錄波器,監(jiān)視故障情況下的變壓器電流,以便使今后的故障分析工作更有依據(jù)。

　　5結(jié)束語

　　本文主要是針對110kV變電站變壓器因保護(hù)配置等問題而發(fā)生故障事故而提出的一些分析意見,所列措施無非是以下兩個方面:

　　其一是完善變壓器保護(hù)的措施,如變壓器高壓側(cè)過流對低壓側(cè)靈敏度不足時在低壓側(cè)增加一套過流保護(hù);低壓側(cè)過流增加一個時間段去跳總出口;高壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖與低壓側(cè)閉鎖并聯(lián)使用以提高其靈敏度等措施,以滿足對于低壓側(cè)故障,具有“兩套保護(hù)、兩組斷路器”來切除的基本原則。

　　其二是為保變壓器而增加的一些快速切除低壓側(cè)故障以及減少沖擊次數(shù)的措施,如變壓器低壓側(cè)增設(shè)限時速斷保護(hù)、增設(shè)母線保護(hù)、縮短時間級差以及備投增加閉鎖的措施。應(yīng)該說明的一點是有些措施更多地強(qiáng)調(diào)了保變壓器、保系統(tǒng),不得不使部分用戶的供電可靠性做出一點讓步。例如:低壓線路出口短路其速斷保護(hù)拒動或者其斷路器分?jǐn)嗍�敗�?我們就不再等待它的二、三段保護(hù)而迅速跳開變壓器低壓側(cè)斷路器;又如增加了閉鎖的備投裝置,當(dāng)母線及其下級設(shè)備故障使工作電源跳閘時,雖有備投成功的一線希望,但更大的可能性是使變壓器白白多受一次沖擊而備投失敗,所以此時備用電源就不再投了。

 

　　綜上所述，從全面的觀點來衡量,運(yùn)行方式?jīng)Q定保護(hù)方式，通過對系統(tǒng)的分析，合理配置和改造升級變壓器的保護(hù)，確保保護(hù)能及時動作，確保設(shè)備安全。